DD204250A5 - Verfahren zur herstellung von harnstoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid bei gesteigerten Temperaturen und Druecken. Ziel der Erfindung ist es, die erforderliche Menge Hochdruckdampf zu verringern. Erfindungsgemaess wird der technologische Ablauf des Verfahrens so gelenkt, dass die Reaktionswaerme aus der Reaktionszone auf einem hohen Temperaturniveau verfuegbar ist und somit effektiver eingesetzt werden kann derart, dass die mit der Abstreifzone Waerme austauschende Reaktionszone auf einem Druck im Bereich von etwa 125 bis 250 bar gehalten wird und dass die Abstreifzone auf einem Druck gehalten wird, welcher unter dem in der Reaktionszone herrschenden Druck liegt. Der Druckunterschied kann dabei 20 bis 120 bar, vorzugsweise 40 bis 60 bar, betragen. Die Umwandlung von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff wird in der Reaktionszone fortgesetzt, bis die Quantitaet des gebildeten Harnstoffs mindestens 50%, vorzugsweise 70% jener Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der Reaktionszone gegebenen Reaktionsbedingungen bei Vorliegen des Gleichgewichtszustandes erreicht worden waeren.

Description

4 2 8 8 0 7 Berlin, 16. 2. 1983

_^_ AP C 07 C/242 880/7 61 318 18

Verfahren zur Herstellung τοη Harnstoff

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlen™ dioxid bei gesteigerten (Temperatüren und Drücken» wobei die durch die Harnstoff-Synthesereaktion erzeugte Uetto™ wärme in gesteigertem Maße effizient und wirtschaftlich genutzt werden kann*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eines der inzwischen in der Praxis weithin angewendeten Verfahren zur Erzeugung von Harnstoff ist in "European Chemical News Urea Supplement¹⁵ vom 17· Januar 1969 auf den Seiten 17 bis 20 beschrieben. In dem dort offengelegten Verfahren wird die Harnstoff-Syntheselösung in einer bei hohem Druck und hoher Temperatur gehaltenen Reaktionszone gebildet und danach einer Abstreifbehandlung unter Synthesedruck ausgesetzt, indem diese Lösung erhitzt und im Gegenstrom mit einem Kohlendioxid-Abstreifgas in Berührung gebracht wird, um auf diese Weise einen Hauptteil des darin enthaltenen Ammoniumkarbamats zu zersetzen· Das so gebildete und aus Ammoniak und Kohlen» dioxid gemeinsam mit Abstreifgas und einer kleinen Menge Wasserdampf bestehende Gasgemisch wird vom zurückbleibenden Harnstoff»Produktstrom abgeführt und in eine Kondensationszone eingeleitet in welcher es zwecks Bildung einer wäßrigen Ammoniumkarbamat-Lösung gekühlt wird* Diese

17.FEB1383*0G974i

61 318 18

242880 7 -²-

wäßrige Karbamatlösung wie auch das verbleibende, nicht kondensierte Gasgemisch wird der Reaktionszone zur Umwand-' lung in Harnstoff erneut eingespeist· Die Kondensation dieses zur Reaktionszone zurückgeführten Gasgemisches liefert die Wärmeenergie, welche zur Umwandlung von Ammoniumkarbamat in Harnstoff benötigt wird, so daß keinerlei Wärmeenergie von außen der Reaktionszone zugeführt werden muß·

Die für die Abstreifbehandlung benötigte Wärmeenergie wird durch die Kondensation von Hochdruckdampf an der Außenseite von Röhren in einem vertikalen Wärmeaustauscher, in welchem das Abstreifen stattfindet, bereitgestellt.

Dieser Veröffentlichung zufolge werden ungefähr 1000 kg Dampf bei einem Druck von etwa 25 bar pro Tonne Harnstoff benötigt· Praktisch ist der Verbrauch von Hochdruckdampf (25 bar) auf etwa 850 kg pro !Tonne Harnstoff vermindert worden, wobei die zur Abstreifbehandlung eingesetzte Wärmeenergie teilweise durch Kondensation des resultierenden Gasgemisches zurückgewonnen werden kann* Diese Kondensation findet indes auf einem verhältnismäßig niedrigen Temperaturniveau mit dem Ergebnis statt, daß Dampf von lediglich 3 bis 5 bar erzeugt wird, für welchen es sowohl innerhalb als auch außerhalb des Verfahrens nur verhältnismäßig geringe Verwendungsmöglichkeiten gibt· Aus diesem Grunde und insbesondere auch angesichts der kontinuierlich steigenden Energiekosten ist es in hohem Maße wünschenswert, den Verbrauch an Hpchdruckdampf in größtmöglichem Maße einzuschränken, wobei es - abhängig auch von lokalen Bedin-

61 318 18

gungen und Bedarfssituationen - gleichermaßen wünschenswert sein kann_s die Erzeugung von zusätzlichem Niederdruckdampf zu erübrigen oder doch wenigstens in großem Maße zu reduzieren

Eb sind bereits verschiedene Vorschläge unterbreitet worden, die bei der Bildung von Karbamat aus Ammoniak und Kohlendioxid freigesetzte Wärme zu nutzen, um damit zumindest einen Teil des für die Abstreifbehandlung benötigten Wärmebedarfes zu decken« Aus verschiedenen Gründen haben diese Vorschläge indes keine praktische Anwendung gefunden. So ist beispielsweise in der GB-PS 1 147 734 ein Verfahren offengelegt, bei welchem die Ammoniumkarbamat- und Harnstoffsynthese in zwei aufeinanderfolgenden Reaktionszonen durchgeführt wird· Frisches Ammoniak und zumindest ein Teil des frischen Kohlendioxids werden in die erste Reaktionszone eingespeist, und die in dieser Reaktionszone durch die Bildung von Ammoniumkarbamat freigesetzte Wärme wird über eingebaute Wärmeaustauscher mit einem Druck der in der zweiten Reaktionszone gebildeten Harnstoff-Syntheselb*sung zugeführt, welcher jenem Druck entspricht bzw· jenen Druck unterschreitet, welcher in der ersten Reaktionszone herrscht; dies resultiert in der Zersetzung des nicht in Reaktion gegangenen Ammoniumkarbamat 8. Die auf diese Weise gebildeten Zersetzungsprodukte werden vermittels eines inerten Gases von der verbleibenden Harnstofflösung abgestreift·

Bei der Durchführung dieses bekannten Verfahrens müssen das frische Ammoniak und das frische Kohlendioxid auf eine hohe Temperatur - beispielsweise auf die in der ersten Reaktionszone aufrechterhaltene Synthesetemperatur -

61 318 18

242880 7 -♦-

vorgewärmt werden, tarn ausreichend Wärmeenergie zur Durch« führung der Zersetzung von Ammoniumkarbamat in der Abstreifzone zur Verfügung zu haben· Dieses Vorwärmen der Reaktionsteilnehmer verbraucht eine beträchtliche Menge an Hochdruckdampf· Von der bei der Harnstoffsynthese gebildeten überschüssigen Wärme kann indes nur ein kleiner Teil als Dampf mit einem Druck von etwa 5 bar vermittels eines Kühlungssyatems für die zweite Reaktionazone gewonnen werden· Ein größerer Anteil dieser überschüssigen Wärme wird auf einem verhältnismäßig niedrigen Temperaturniveau in ^ der mit dem Druck der zweiten Reaktionszone arbeitenden Abeorptionssäule zurückgewonnen} in dieser Säule werden das vom Harnstoff-Produktstrom abgestreifte Ammoniak und Kohlendioxid von dem inerten Abstreifgas separiert· Der so erzeugte Dampf hat einen verhältnismäßig niedrigen Druck von lediglich etwa 2 bar,- wobei hierfür innerhalb des Verfahrens nur geringe Verwendungsmöglichkeiten bestehen·

In einem anderen Verfahren, wie es in der US-PS 3 957 868 beschrieben wird, erfolgt die Harnstoff-Synthesereaktion in der Mantelseite eines vertikal angeordneten röhrenförmigen Wärmeaustauschers, bei dem sich die Spitzen der Röhren in den Mantel seit enraüm des Wärmeaustauschers öffnen· Die in der Mantelseiten-Reaktionszone gebildete Harnstoff-Syntheselösung fließt in die Innenseite der Röhren und in diesen hinunter, wobei in den Röhren das Ammoniumkarbamat vermittels ^jener Reaktionswärme zersetzt wird, die durch die Röhrenwandungen übertragen wird; das auf diese Weise freigesetzte Ammoniak und Kohlendioxid wird von der lösung abgestreift·

61 318 18

Um die Zersetzung von Ammoniumkarbamat maximieren zu können, ist es erforderlich, die Reaktionswärme auf einem höchstmöglichen Temperaturniveau zur Verfügung zu haben und. eine optimale Wärmeübertragung zu der zu strippenden Lösung zu gewährleisten« Die diesbezüglich zur Erreichung dieses Zieles vorgeschlagenen Maßnahmen beinhalten ein Durchführen der Harnstoffsynthese und des AbStreifens bei einer Temperatur von 210 bis 245 °0 und einem Druck von 250 bis 600 Atmosphären unter Aufrechterhaltung eines verhältnismäßig hohen molaren HH^/COg-Verhältnisses in der Flüssigphase der Reaktionszone sowie die Zurückführung eines Teiles der aus der Abstreifzone abgeführten Gasmischung gemeinsam mit einer Ebctramenge an Gasgemisch in den Bodenteil der Reaktionszone, wobei die genannte Extramenge an Gasgemisch dadurch für den Umlauf verfügbar gehalten wird, daß lediglich ein Teil des der Reaktionszone zugeleiteten gasförmigen Ammoniaks und Kohlendioxids zu Ammoniumkarbamat kondensiert wird·

Auf diese Weise wird die Masse des erzeugten Harnstoffes im Verhältnis zu den der Reaktionszone zugeführten Mengen an Ammoniak und Kohlendioxid niedrig sein»

Auf Grund der in diesem Verfahren genutzten hohen Tempe~ raturen müssen die hierbei eingesetzten Konstruktionsmaterialien hohen Ansprüchen in bezug auf Korrosionsfestigkeit genügen« Darüber hinaus macht sich auf Grund des eingesetzten höheren Druckes sowie der speziellen Bauweise des kombinierten Reaktor-Abstreifers ein verhältnismäßig hoher Kapitaleinsatz für die Ausrüstung erfor-

61 318 18

derlieh· Werden alle diese Paktoren in Betracht gezogen, so weist dieses bekannte Verfahren in seiner praktischen Anwendung einen nur geringen oder sogar keinen ökonomischen Vorteil gegenüber dem weitverbreitet angewendeten Verfahren auf, welches in den "European Chemical News Urea Supplement" beschrieben ist«

Ziel der Erfindung;

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Harnstoff, bei welchem die Menge des für die Zersetzung von nicht umgewandeltem Ammoniumkarbamat erforderlichen Hochdruckdampfes wesentlich verringert ist, während gleichzeitig die Nachteile der oben erwähnten, bereits bekannten Verfahrenslösungen vermieden werden«

Darlegung des Wesens der,Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den technologischen Ablauf des Verfahrens so zu lenken, daß die Reaktionswärme aus der Reaktionszone auf einem hohen Temperaturniveau verfügbar ist und somit effektiver und effizienter eingesetzt werden kann·

Erfindungsgemäß wird in einer Reaktionszone aus Kohlendioxid und im Überschuß vorliegenden Ammoniak bei einer erhöhten Temperatur und erhöhtem Druck eine lösung erzeugt, welche Ammoniumkarbamat und nicht konvertiertes Ammoniak enthält, wobei das Ammoniumkarbamat teilweise in Harnstoff umgewandelt wird und wobei zumindest eine

61 318 18

Teilmenge der so gewonnenen karbamathaltigen Harnstoff-Syntheselösung einer Abstreifbehandlung in einer Abstreifzone unterzogen wird» Dabei wird die in der Abstreifzone benötigte Wärme durch Wärmeaustausch mit jener Reaktionszone bereitgestellt, in welcher das Karbamat gebildet wird« Die abgestreifte Harnstoff-Syntheselösung wird derart weiterverarbeitet, daß Harnstoff entweder als Lösung oder als Peststoff-Produkt anfällt· Erfindungsgemäß wird die Abstreifzone unter einem Druck gehalten, der unter dem Druck jener Reaktionszone liegt, mit welcher die Abstreifzone durch Wärmeaustausch verbunden ist. Der Druck in dieser letztgenannten Reaktionszone wird bei 125 bis 250 bar gehalten»

Die Kondensation von Ammoniak und Kohlendioxid in der Reaktionszone wird vorzugsweise unter Anwesenheit verhältnismäßig großer Mengen Harnstoff und Wasser vorgenommen; dies ruft einen beträchtlichen Anstieg der Durchschnitts» temperatur in der Reaktionszone hervor. Die Reaktionswärme aus der Reaktionszone wird mit einer Abstreifzone ausgetauscht, in welcher diese Wärme zur Zersetzung von Ammoniumkarbamat im Harnstoff-Produktstrom bei einem Druck verwendet wird, weloher unter dem in der Reaktionszone vorherrschenden Druck liegt· Bei derartiger Durchführung ist die Reaktionswärme aus der Reaktionszone auf einem hohen Temperaturniveau verfügbar und kann somit effektiver und effizienter eingesetzt werden, als dies im Rahmen der bisherigen verfahrenstechnischen Lösungen bei der Zersetzung und dem Abstreifen von Ammoniumkarba» aus dem Harnstoff»Produktstrom der Fall war·

61 318 18 8 -

Steigt der Druck in der Reaktionszone, dann findet die Kondensation von Kohlendioxid und Ammoniak zu Ammoniumkarbamat unter höheren Temperaturen statt, folglich wird mehr Wärme für die Zersetzung von Karbamat in der Abstreifzone zur Verfügung stehen* Vorzugsweise sollte der Druckunterschied zwischen der wärmeaustauschenden Reaktionszone und den Abstreifzonen mindestens etwa 20 bar betragen; dies hat eine ausreichend hohe Differenz der Durchschnittstemperatur und somit eine ausreichende Triebkraft zwischen den zwei Zonen im Interesse eines wirksamen Wärmeaustausches zur Folge« Eine" Druckdifferenz von mehr als 120 bar ist theoretisch möglich, dies kompliziert jedoch die Bauweise der Reaktor-Stripper-Anlage» Am besten sollte die Reaktionszone unter einem Druck gehalten werden, welcher um 40 bis 60 bar über dem Druck in der Abstreifzone liegt« Dies schafft eine geeignete Triebkraft für den Wärmeaustausch ohne die Notwendigkeit einer Installation komplizierterer Vorrichtungen; darüber hinaus besteht der Vorteil gegenüber dem Einsatz höherer Druckunterschiede, daß das in der Mederdruck-Abstreifzone freigesetzte Gasgemisch nicht übermäßig hoch komprimiert werden muß, um der Reaktionszone wieder zugeführt werden zu können«. Befindet sich die Druckdifferenz im Bereich von etwa 40 bis 60 bar, so kann das Gasgemisch ohne die Notwendigkeit einer Zwischenkühlung komprimiert werden, während die Wärme in der Reaktionezone noch auf einem ausreichend hohen Temperaturniveau verfügbar sein wirda

Die Menge der aus der Reaktionszone zur Abstreifzone übertragenen Wärme kann gesteigert werden, indem in der Reaktionszone eine gewisse Menge von Karbamat zu Harnstoff und

61 318 18

242880 7 -*-

Wasser umgewandelt wird* Auf Grund der Anwesenheit dieses Harnstoffs und Wassers, in dem das Ammoniak und Kohlendioxid absorbiert werden und in welchen sich das gebildete Ammoniumkarbamat auflöst, steigt die Temperatur in der.Reaktionszone um einen zusätzlichen Betrag* In Abhängigkeit von dem in der Reaktionszone aufrechterhaltenen Druck kann dieser Temperaturanstieg etwa 10 bis 20 ⁰C ausmachen.

Um die in der Reaktionszone freigesetzte Wärmeenergie weiter zu steigern und maximal nutzen zu können, ist es wünschenswert, ein intensives Vermischen des Reaktionszoneninhaltes zu gewährleisten; dies bewirkt ein Ansteigen des Temperaturniveaus und fördert eine gesteigerte Wärmeübertragung zur Abstreifzone» Sodann kann das Abstreifen in bekannter Weise innerhalb der Röhren eines vertikal angeordneten Wärmeaustauschers durchgeführt werden, wobei die Mantelseite des Austauschers als Reaktionszone dient, der Inhalt der Reaktionszone ist dabei so ausführlich zu vermischen, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Spitze und dem Boden der Reaktionszone auf höchstens 5 ⁰C begrenzt bleibte Um die Wärmeübertragung zu maximieren, sollte diese Temperaturdifferenz vorzugsweise auf höchstens etwa 2 ⁰C gehalten werden.

Erfindungsgemäß wird das aus der Reaktionszone abfließende Medium in eine Nach-Reaktionszone eingeleitet, in welcher ein zusätzlicher Anteil Ammoniumkarbamat zu Harnstoff umgewandelt wird, um einen Harnstoff-Produktstrom zu bilden, welcher Harnstoff und unkonvertiertes Ammoniumkarbamat

- 10 - 61 318 18

enthält, wobei der genannte Harnstoff-Produktstrom sodann in die genannte Abstreifzone eingeführt wird und wobei schließlich in der genannten Nach-Reaktionszone die Umwandlung von Ammoniumkarbamat in Harnstoff in einer Menge erfolgt, welche mindestens 90 % jener Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der genannten Nach-Reaktionszone gegebenen Reaktionsbedingungen bei Vorliegen des Gleichgewichtszustandes erreicht worden wäre*

Der Harnstoffproduktstrom aus der Nach-Reaktionszone wird vor seiner Einleitung in die Abstreifzone in einem Heizer- ;Zersetzer behandelt, in welchem zumindest ein Teil des Ammoniumkarbamats durch Erhitzen zerlegt wird, um ein Gasgemisch aus Ammoniak und Kohlendioxid und einen restlichen Harnstoff-Produktstrom mit vermindertem Karbamatgehalt zu bilden und wobei das genannte Gasgemisch in die genannte Reaktionszone sowie der genannte restliche Harnstoff-Produktstrom in die genannte Abstreifzone eingeleitet wird.

Wach einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird lediglich ein Teil des Harnstoff-Produktstromes aus der Nach-Reaktionszone in die Abstreifzone eingeleitet, und ein restlicher Teil des Harnstoff-Pro» duktstomes aus der Nach-Reaktionszone wird in eine zweite Zersetzungszone eingeleitet, in welcher Ammoniumkarbanat zwecks Bildung eines Annoniak und Kohlendioxid enthaltenden Oasgemisches zerlegt und dieses Gasgemisch vom restlichen Harnstoff-Produktstrom separiert wird.

Dabei wird die Zersetzungszone unter dem gleichen Druck gehalten wie die Abstreifzone«

Die Erfindung wird anhand der Pig. 1 bis 4 veranschaulicht,

28 8 0 7 -¹¹ - 61318

Pig. 1: illustriert eine Verkörperung der Erfindung, bei der der Harnstoff in zwei Schritten hergestellt wird, wobei jeder Schritt unter dem gleichen Druck vollzogen wird und wobei ein Teil der in der Abstreifzone gewonnenen Gasmischung der Reaktionszone zugeführt wird, welche in Wärmeaustausch mit der Abstreifzone steht;

Pigβ 2: illustriert eine ähnliche Verkörperung zur Herstellung von Harnstoff in zwei Stufen, wobei der zweite Reaktionsschritt bei einem niedrigeren Druck als der erste Reaktionsschritt vorgenommen wird;

Pig. 3: veranschaulicht eine Verkörperung der Erfindung, bei der die Abstreifbehandlung in zwei aufeinanderfolgenden Schritten vorgenommen wird;

Pig. 4: illustriert eine Verkörperung der Erfindung, bei der die Abstreifbehandlung in zwei parallel zueinander angeordneten Abstreifzonen erfolgte

-2^111983*083042

O 7

6-1 318 18

12 - ^: , . . - :

handelt es sich bei der mit dem Buch-» gegenzeichneten Anlage im den Reaktor»Stripper, als vertikaler Röhrenwärmeaustauscher dargestellt

ons^:zöne in der Mantelseite und iii' den Röhren befindet» Ebenfalls in ^ ^bezeichnet der Buchstabe B einen Karbamateihen lach-Reaktor, D einen Heiger^Zersetzer, E ^flein^^xliaöchkölGnne, und bei ä.en mit den Buchstaben F, G, ii^ biieienneten Ausrüstungen handelt es sich entspre-

Verdi-chter,· einen Ammoniakein© Amraoniakpumpe_e L ist eine Karbamatpumpe, M ist ein Gaskompressor und S^- ist ein wei-

M-Pigö'^i dargestellten Verkörperung der Erfindung

rnstoff'-'SyntheBelösung, welche Harnstoff, Wäiieff^anieht^;iumgewandeltes Karbamat und freies Ammoniak enthält!°Über^:leitung 31 in die Abstreifsone des Reaktor» e#i^ÄÄ^:i#IngefUhrt, in welcher sie erhitzt und im m⁶mit einem Strom von gasförmigem Kohlendioxid

wird über Leitung 1 ein»

auf einen Druck von beibar gebracht und über Leitung 2 der Ab°- streifzöSe eingeleitet· Dem Kohlendioxid wird Luft oder⁵ irg%ftdel:h anderes saüerstoffhaltiges inertes Gasgemisch zug^esetziti^öUm die- Werkstoffe_$ die bei hohen Temperaturen milp deni%mmoniumkarbamathaltigen Lösungen in Berührung kommehj^£in Einern passiven Zustand zu halten» Die zur Zer-

in der Abstreifzone erfor

derliche Wärmeenergie wird vermittels Wärmeaustausch von

61 318 18

der Reaktionssone geliefert; das auf diese Weise gebildete Gasgemisch aus Ammoniak und Kohlendioxid wird gemeinsam mit dem eingeleiteten frischen Kohlendioxid aus der Harnstoff -»Syntheselösung ausgetrieben und über Leitung 4 aus der Abetreifzone des Reaktor-Strippers A ausgetragen· Der abgestreifte Harnstoff-Produktstrom wird über Leitung 3 aua der Abstreifzone abgeführt und darauffolgend zwecks Beseitigung der noch verbliebenen kleinen Menge an Ammoniumkarbamat in irgendeiner der bekannten Weisen behandelt sowie anschließend zwecks Bildung von konzentrierter Harnstofflösung oder von festem Harnstoff weiterverarbeitet·

Das über Leitung 4 aus der Abstreifzone ausgetragene Gasgemisch wird vermittels Gasverdichter M auf einen erhöhten Druck von beispielsweise 190 bar gebracht und daran anschließend in zwei Teilmengen unterteilt« Eine Portion wird über Leitung 10 in den Unterteil der Mantelseiten-Reaktionszone des Reaktor-Strippers A eingeleitet, die andere Teilmenge wird über Leitung 12 dem Karbamat-Kondensor B zugeführt, welcher unter dem gleichen Druck gehalten wird, wie er in der Reaktionszpne herrscht. Das für die Synthesereaktion benötigte Ammoniak wird der Reaktionszone primär direkt über Leitung 3, Pumpe K, Ammoniakerhitzer G und Leitung 11 zugeführto Bin Teil des benötigten Ammoniaks wird jedoch auch über Leitung 39 zum Karbamat-Kondensor B geführt«, Im Karbamat-Kondensor B wird das über Leitung 12 aus der Abstreifzone angelieferte Gasgemisch in Anwesenheit einer über Leitung 16 von der Waschkolonne E angelieferten Ammoniumkarbamat-Lösung sowie in Anwesenheit von über Leitung 39 angelie-

61 318 18

fertem frisehem Ammoniak teilweise kondensiert, wobei die Kondensationswärme abgeführt und zur Erzeugung von Dampf von beispielsweise 3 bis 6 bar Druck verwendet wird* Reicht der hydrostatische Druck zum Transport der Karbamatlösung von der Waschkolonne E zum Karbamat-Kondensor B infolge einer zu kleinen Niveaudifferenz zwischen den beiden Teilen der Anlage nicht aus, dann kann der Ejektor N, welcher mit über Leitung 39 herangeführtem Ammoniak angetrieben wird, zur Unterstützung dieses Transportes genutzt werden·

Die im Karbamat-»Kondensor B gebildete Ammoniumkarbamat--Lö'sung wird über Leitung 17 in den Bodenteil der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A eingeführte In dieser Reaktionszone wird ein größer Teil des über die Leitungen 10 und 11 angelieferten Ammoniaks und Kohlendioxids in iimaoniumkarbamat umgewandelt, wobei dieses Ammoniumkarbamat gemeinsam mit jenem Ammoniumkarbamat, welches in der Karbamatlb'sung aus Leitung 17 enthalten ist, teilweise zu Harnstoff und Wasser konvertiert wird_e Bei der Umwandlung des Ammoniaks und Kohlendioxids zu Ammoniumkarbamat handelt es sich um eine Wärme freisetzende exotherme Reaktion, wohingegen die Umwandlung von Karba·» mat zu Harnstoff und Wasser endotherm verläuft und Wärme verbraucht» Die Nettoreaktion resultiert allerdings in einem Wärmeüberschuß, welcher vermittels Wärmeaustausch von der Reaktionezone zur Abstreifzone des Reaktor-Strippers A übertragen wirde Da die Bildung von Ammoniumkarbamat und Harnstoff bei erfindungsgemäßer Durchführung

61 318 18

in der Reaktionssone bei einem Druck erfolgt, der über dem in der Abetreifsone aufrechterhaltenen Druck liegt, wird die Überschuß-Wärme auf einen verhältnismäßig hohen Temperaturniveau vorliegen* Dementsprechend kann ein beträchtlicher Teil des in der Harnstoff-Produktlb'sung vorliegenden und der Abstreifzone über Leitung 31 zugeführten Aminoniumkarbamats zersetzt werden, ohne daß hierzu zusätzliche Wärme über eine externe Wärmequelle herangeführt werden muß*

Darüber hinaus wird ein weiterer Temperaturanstieg in der Reaktionsaone dadurch erreicht, daß das Umwandeln von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff und Wasser solange fortgesetzt wird, bis mehr als die Hälfte der unter den gegebenen Reaktionsbedingungen erzielbaren Gleichgewichtsmenge gebildet worden ist· Auch dadurch steigt der Betrag der zur Abstreifzone übertragenen Überschuß-Wärme« Dieser Effekt nimmt in dem Maße zu, in dem sich die Reaktion in der Synthesezone zur Gleichgewichtsbedingung hin bewegt. Werden beispielsweise in einer typischen Verkörperung des Verfahrens gemäß Pig« 1 bei einem Druck von etwa 240 bar, einem molaren Verhältnis von Ammoniak zu Kohlendioxid von 3$ 40 : 1 und einem molaren Verhältnis von Wasser zu Kohlendioxid von 0,46 : 1 etwa 50 % der. Harnstoff-Gleichgewichtsmenge gebildet, so wird die durchschnittliche !Temperatur in der Reaktionszone etwa 195 ⁰C betragen« Bei 60, 70, 80 und 90 % der gebildeten Harnstoff-Gleichgewichtsmenge wird die Temperatur entsprechend 196, 199» 201 bzw· 203 ⁰C betragen·

61 318 18 - 16 -

Die Temperatursteigerungen infolge höherer Umwandlungs·» raten von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff und Wasser sind hinsichtlich des femperaturunterschiedes über die Wärmeaustauscherfläohen im Reaktor-Stripper beträchtlich« Im allgemeinen werden die Bedingungen so gewählt, daß die Menge des gebildeten Harnstoffes 70 % jener Menge übersteigt, die unter Gleichgewichtsbedingungen gebildet worden wäre« Da sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei Annäherung an den Gleichgewichtszustand jedoch in starkem Maße verringert, erfordert eine Harnstoffbildung über einen Anteil von 90 % der unter Gleichgewichtsbedingun-= gen erreichbaren Menge hinaus beträchtlich längere Verweilzeiten und somit ein unattraktiv großes Volumen in der Reaktionszone®

Bei einem gegebenen Druck in der Reaktionszone„ gegebener Menge an Überschuß^Ammoniak, gegebenem molarem Verhältnis von HpO/CO₉ und gegebener Verweilzeit stellt die in der Reaktionszone erreichbare Temperatur einen bestimmbaren festen Wert dar® Die über Leitung 10 angelieferte Quanti~ tat an Gasgemisch steht dann ebenso fest; dies insofern^ als diese Menge an Gasgemisch die Verweilzeit beeinflußt, wodurch die Menge der übertragenen Wärme durch Steigerung der Menge des eingeführten Gasgemisches nicht weiter er« höht werden kann« Die nicht genutzte Wärme wird aus dem Verfahren zurückgewonnen, indem ein feil des von der Abstreifzone abgeleiteten Gasgemisches im Karbamat-Kondensor B und in der Waschkolonne Ξ kondensiert wird und indem aus der dadurch freigesetzten Wärme Dampf gebildet wird oder Verfahrensströme aufgeheizt werden können*

61 318 18 - 17 -

Ss ist in hohem Mai3e wünschenswert, ein intensiveres Vermachen in der Reaktionssone aufrechtzuerhalten, um auf diese Weise eine höchstmöglich gleichmäßige Wärmeverteilung su erreichen und die Wärmeübertragung zur Desorptionszone zu maximieren» Bin gewisses Vermischen wird bereits dadurch erreicht, daß das Gasgemisch und die Ammoniumkarbamat-Iiösung von unten nach oben durch die Reaktionszone fließen« Dieser Mischeffekt kann jedoch durch das.Einbauen von Prallflachen, Leitblechen oder ähnlichen Bauelementen in die Reaktionszone mit dem Ergebnis einer weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung gesteigert werden»

Die aus der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A ausge»· tragene Lösung aus Harnstoff, Wasser, Ammoniak und nicht umgewandeltem Karbamat wird gemeinsam mit einer gewissen Menge von aus Ammoniak, Kohlendioxid, Wasser und Inertgas bestehendem Gasgemisch über Leitung 19 in den Hach-Reaktor C eingeleitet, welcher auf dem gleichen Druck gehalten wird wie die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A» Im Üiach-Reaktor C wird die Umwandlung von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff fortgesetzt, bis sich mindestens 90 % jener Hamstoffmenge gebildet haben, die unter den im Hach-Reaktor vorherrschenden Bedingungen im Gleichgewichtszustand erreichbar wäre_e Die für diese Umwandlung erforder-. liehe Wärmeenergie wird bereitgestellt, indem dem Ua Ch-Reaktor über Leitung 40 ein nicht kondensierter Teil des dem Karbamat-Kondensor B über Leitung 12 hinweg zugeführten Gasgemisches eingespeist wird«, Dieses Gasgemisch wird im Nach-Reaktor C kondensiert, wobei sowohl die Kondensa-

61 318 18 - 18 -

tionswärme als auch die durch die Bildung von Ammoniumkarbamat erzeugte Wärme freigesetzt wird· Andererseits kann dieses nicht kondensierte Gasgemisch aus dem Karbamat-Kondensor B der Reaktionszone des Reaktor-Strippers Δ gemeinsam mit der im Karbamat-Kondensor B gebildeten Karbamat-Lösung zugeführt werden« Im letztgenannten Pail muß allerdings die im Nach-Reaktor C benötigte Wärme in unterschiedlicher Weise gewonnen werden, beispielsweise dadurch, daß eine größere Menge Gasgemisch aus der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A sum ÜJach-Reaktor C geleitet und in diesem kondensiert wird«

Die im Nach-Reaktor G gebildete Harnstoff«-Syntheselösung wird im Druckreduzierventil 41 auf den in der Abstreifzone herrschenden Druck von beispielsweise 190 bis 140 bar entspannt, und das so gebildete Gas-Flüssigkeits-Gemisch wird über Leitung 20 dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider S-zugeführt, in welchem das aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf bestehende Gasgemisch vom verbleibenden Harnstoff -Produkt st rom abgeschieden wird· Dieses Gasgemisch wird vermittels Leitung 42 jenem Gasgemisch zugeschlagen, welches über Leitung 4 aus der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A ausgetragen wurde» Der restliche Harnstoff-Produktstrom aus dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider S wird über Leitung 31 in die Abstreifzone des Reaktor-Strippers A eingeführt«

Aus dem Hach-Reaktor C wird ein Gasgemisch aus Inertgasen, Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf ausgetragen und über Leitung 21 der Waschkolonne E eingespeist, welcher

61 318 18 - 19 -

unter dem gleichen Druck gehalten wird, wie er in der Reaktionszone des Reaktor~Strippers A, dem Karbamat-Kondensor B und dem Efach^Reaktor G herrschte In der Waschkolonne E werden Ammoniak und Kohlendioxid durch Waschen mit Wasser oder einer über Leitung 23 sugeführten verdünnten Karbamatlösung zurückgewonnen, während die Absorptionswärme abgeführt wird· Die so gewonnene Ammoniumkarbamat-Lösung wird dem Karbamat=»Kondensor B über Leitung 16 sowie erforderlichenfalls vermittels des Ejektors N eingespeist 3, während das verbleibende Abgasgemisch über Leitung 24 aus der Waschkolonne E ausgetragen wird· In dieser Verkörperung der Erfindung wird für die Zersetzung von nicht umgewandeltem Ammoniumkarbamat kein Hochdruckdampf verwendet «

In der Verfahrensverkörperung gemäß Pig» 2 wird lediglich die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A auf einem hohen Druck von beispielsweise 190 bar gehalten, wohingegen die Abstreifzone, der Karbamat-Kondensor B, der Nach-Reaktor C und die Waschkolonne E alle auf dem gleichen niedrigeren Druck von beispielsweise 140 bar gehalten werden· Damit muß lediglich jener Anteil des aus der Abstreifzone ausgetragenen Gasgemisches auf den in der Reaktionszone herrschenden höheren Druck komprimiert werden, welcher der Reaktionszone über Leitung 10 eingespeist wird·. Dementsprechend kann im Vergleich zu der in Fig. 1 gezeigten Verfahrensverkörperung ein kleinerer Kompressor eingesetzt werden· Der Druck der in der Reaktionszone gebildeten Harnstoff-Produktlösung wird auf jenen Druck reduziert, welcher in jenem Mederdruck-Teil des Verfahrens vorherrscht, der sich aus dem Stripper A, dem Karbamat-Konden-

61 318 18

- 20 -

sop B₈ dem ¥ach«Reaktor C und der Waschkolonne E zusammensetzt? die Pumpe L wird dazu verwendet ₉ die im Karbamat-Kondensor B gebildete Karbamatlösung für die Einführung in die Reaktionszone auf den dort herrschenden Druck zu komprimieren« Auch in dieser erfindungsgemäßen Verfahrensverkörperung wird .das nicht umgewandelte Ammoniumkarbamat ohne den Einsatz von Hochdruckdampf zersetzt.

3 veranschaulicht eine Verkörperung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in welcher die im Hach-Reaktor C gebildete Ammoniumkarbamat enthaltende Harnstoff-Syntheselösung über Leitung 43 dem Heizer-Zersetzer D zugeführt wird, in dem ein Teil des Ammoniumkarbamats zerlegt und von der übrigen Harnstoff-Produktlösung abgeführt wird» Der Druck im Heizer-Zersetzer D wird vorzugsweise auf etwa der gleichen Höhe gehalten, wie er in der Reaktionszone und im Nach-Reaktor C herrscht, er kann allerdings auch unter dem in der Reaktionszone herrschenden Druck liegen« Bei diesem Heizer-Zersetzer D kann es sich sowohl um einen Gleichstrom als auch um einen Gegenstromheizer handeln, d* h« die Pließ.richtungen des Plüssigstromes und des freigesetzten Gasstromes können gleichlaufend oder auch gegenläufig sein«, über Leitung 44 wird dem Heizer-Zersetzer D eine kleine Menge Luft bzw* eine kleine Menge einer anderen sauerstoffhaltigen Gasmischung zugeführt,um die Korrosion jener Anlagenteile, die mit der Hochtemperatur-Aimaoniumkarbamat«- lösung in Berührung kommen, zu passivieren und zu reduzieren,,

61 318 18 21 -

Im Heizer-Zersetser D wird die Harnstoff-Syntheselösung auf eine Temperatur von beispielsweise 180 bis 220 ⁰C unter Einsatz von Dampf erhitzt, wobei ein Seil des vorhandenen Ammoniumkarbaiciats zersetzt und eine aus Ammoniak, Kohlendioxid, Wasserdampf und Inertgas bestehende Gasmischung entwickelt wird* Diese Gasmischung wird über Leitung 10 ausgetragen und unter Zuhilfenahme des Ejek~ tore H in die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A eingeführt* Dieser Ejektor H wird durch frisches Ammoniak angetrieben,, welches über Pumpe K durch Erhitzer G und Leitung 11 angeliefert wird« Der den Heizer-Zersetzer D verlassende und noch eine gewisse Menge Ammoniumkarbamat enthaltende Harnstoff-Proauktstrom wird im Druckredusierventil 41 entspannt, und das auf diese Weise gebildete Gas» Flüssigkeitsgemisch wird über Leitung 20 in den Abscheider S eingeleitet, in welchem das durch Entspannung entwickelte Gasgemisch aus dem Harnstoff-Produktstrom abgeschieden und über die Leitungen 42 und 12 dem Karbamat-Kondensor B zugeführt wird«. Der Harnstoff-Produktstrom vom Abscheider S wird dann in die Abstreifzone des Reaktor-Strippers A zur Zersetzung einer weiteren Menge von Ammoniumkarbamat ©ingespeiste Da ein Teil des Ammoniumkarbamats im Heizer-Zersetzer D bereits zerlegt worden ist, kann diese Zerlegung in der Abstreifzone nunmehr mit einer kleineren Wärmeübertragungsfläche bewerkstelligt werden, wobei sich eine kleinere Menge an Kohlendioxid-Abstreifgas als ausreichend erweisen kann· Somit, kann ein Teil der für das Verfahren benötigten Menge an Kohlendioxid wahlweise über Leitung 45 direkt in die Reaktionszone eingeführt werden, anstatt daß das gesamte Kohlendioxid durch die Abstreifzone via Leitung 2 in das Verfahren eingeführt wird.

61 318 18

Das den Naeh-Reaktor 0 verlassende Gasgemisch wird über Entspannungsventil 22 zwecks Rückgewinnung von Ammoniak und Kohlendioxid der Waschkolonne B zugeleitet«, In der vorliegenden Verkörperung wird die Waschkolonne E bei dem gleichen Druck gefahren, wie er auch in der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A und im Karbamat»Kondensor B aufrechterhalten wird«

Es ist ebenfalls möglichjin Übereinstimmung mit der in Pig«. 4 gezeigten erfindungsgemäßen Verkörperung lediglich ©inen Teil der im Nach-Reaktor C gebildeten Harnstoff-Syntheselösung in der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A zu behandeln und die Behandlung des übrigen Teiles im Heizer-Zersetzer D voru^statten gehen su lassen» Vorzugsweise wird dabei im Heizer-Zersetzer D der gleiche Druck wie in der Abstreifzone aufrechterhalten,, Es ist allerdings auch möglich, einen niedrigeren Druck im Heizer-Zersetzer D zu wählen; in diesem Palle kann das freigesetzte Gasgemisch vermittels eines Ejektors dem Karbamat-Kondensor B zugeführt werden, wobei der Ejektor beispielsweise durch eine Teilmenge des frischen Ammoniakeintrages angetrieben werden kann» In dieser Verkörperung muß ebenso wie in der Verkörperung nach Fig© 3 lediglich ein Teil des den Nach-Reaktor C verlassenden Ammoniumkarbamats zerlegt und in der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A beseitigt werden; somit kann es sein, daß eine kleinere Wänneaustauschfläehe und eine kleinere Menge an Kohlendiozid-Abstreifgas in der Abstreifzone ausreicht.

242880 7

Die in den KLg_e 1 und 2 veranschaulichten Verkörperungen der Erfindung werden im folgenden anhand der nachstehenden Ausführungsbeispiele detaillierter beschrieben.

Harnstoff wird in Übereinstimmung mit der in Fig. 1 dargestellten Verfahrenskonfiguration hergestellt· Pro Tonne erzeugten Harnstoffes werden über die Ammoniakpumpe K 400 kg Ammoniak eingespeist, im Heizer G auf eine Temperatur von 110 ⁰C gebracht und über Leitung 11 in die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A eingeführt; ebenfalls in die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A werden über Leitung 2 und Kompressor P 733 kg Kohlendioxid und 29 kg Inertgas (nämlich Luft) eingeleitet· Die in der Reaktionszone bzw» der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A aufrechterhaltenen Drücke betragen 186 bar bzw. 137 bar.

Des weiteren wird die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A über Leitung 10 mit einem Gasgemisch aus 513 kg Ammoniak, 721 kg Kohlendioxid, 43 kg Wasser und 21 kg Inertgas bei einer Temperatur von 227 ⁰C sowie über Leitung 17 mit einer Karbamatlösung von 175 ⁰C versorgt, welche aus 624 kg Ammoniak, 540 kg Kohlendioxid und 173 kg Wasser besteht.

Das Volumen der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A und dementsprechend die Verweilzeit in dieser Reaktionszone werden so gestaltet, daß bei dem vorherrschenden Druck

61 318 18

24 28 8 0 7 -24-

und der dazugehörigen Temperatur von etwa 193 ⁰O ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch aus 1084 kg Ammoniak, 674 kg Kohlendioxid, 800 kg Harnstoff, 456 kg Wasser und 21 kg Inertgas gebildet wird« Dieses über Leitung 19 aus der Synthesezone aufgetragene Gas-KLÜssigkeits-Gemisch wird gemeinsam mit einem durch Leitung 40 aus dem Karbamat-Kondensor B ausgetragenen Gasgemisch in der Näch-Reaktionszone C, welche auf lern gleichen Druck wie die Reaktionszone (186 bar) gehalten wird, zur Reaktion gebracht, um eine Harnstoff·» Syntheselösung zu bilden, welche eine Temperatur von 196 C aufweist und aus 84? kg Ammoniak, 436 kg Kohlendioxid, 1000 kg Harnstoff und 510 kg Wasser besteht. Die Quantität des in der Reaktionszone gebildeten Harnstoffes macht etwa 76 % jener Menge aus_s die gebildet worden wäre, wenn die Umwandlung von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff bis zum Gleichgewichtszustand weitergeführt worden wäre·

Nach der Entspannung dieser Harnstoff-Syntheselösung im Entspannungsventil 41 auf 137 bar wird die dadurch entwickelte Gasmischung aus 44 kg Ammoniak, 21 kg Kohlendioxid und 9 kg Wasserdampf im Gas-Flüssigkeits-Abscheider S separiert, wobei eine Harnstoff-Produktlösung abgeht, welche eine Temperatur von 188 ⁰C aufweist und aus 798 kg Ammoniakj 415 kg Kohlendioxid, 1000 kg Harnstoff und 501 kg Wasser besteht· Dieser Harnstoff-Produktstrom wird dann in die Abstreifzone des Reaktor-Strippers A eingeleitet, in welcher er erhitzt und im Gegenstrom mit frischem Kohlendioxid abgestreift wird, wobei im Ergebnis ein restliches Harnstoff-Produkt aus 1000 kg Harnstoff, 450 kg Wasser, 124 kg Ammoniak und I6I kg Kohlendioxid entsteht«

rt ⁶1 318 18 ,

Die bei der Abstreifbehandlung freigesetzten Gase bilden gemeinsam mit dem verwendeten Kohlendioxid-Abstreifgas ein Gasgemisch aus 674 kg Ammoniak, 987 kg Kohlendioxid, 51 kg Wasserdampf und 29 kg Inertgas, wobei dieses Gasgemisch gemeinsam mit dem im Gas-Plüssigkeits-Abscheider S abgeschiedenen Gasgemisch im Kompressor M auf einen Druck von 186 bar komprimiert wird· Ein Teil dieses zusammengeführten und komprimierten Gasgemisches wird der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A zugeführt, der übrige Teil, bestehend aus 205 kg Ammoniak, 287 kg Kohlendioxid, 17 kg Wasserdampf und 8 kg Inertgas, wird gemeinsam mit 186 kg frischen Ammoniaks und der in der Waechkolonne E gebildeten Ammoniumkarbamat-Lösung teilweise im Karbamat-Kondensor B kondensiert, wobei die genannte Ammoniumkarbamat»-Lösung aus 227 kg Ammoniak, 271 kg Kohlendioxid und 157 kg Wasser besteht« Die bei dieser Kondensation freigesetzte Wärmeenergie wird zurückgewonnen und zur Erzeugung von 355 kg gesättigten Dampfes .von einem Druck von 3»5 bar verwendet· In dieser Verkörperung der Erfindung ist der Verbrauch von Hochdruckdampf (20 bis 30 bar) zur Zerlegung von nicht umgewandeltem Karbamat gleich Null.

Ausführungsbeispiel JI

Harnstoff wird in Übereinstimmung mit der in Pig« 2 dargestellten Verfahrenskonfiguration erzeugt» Pro Tonne erzeugten Harnstoffes werden der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A 400 kg Ammoniak bei 110 ⁰C über Pumpe K, Ammoniakerhitzer G und Leitung 11 eingespeist; gleichzeitig eingespeist wird ein Gasgemisch von 221 ⁰C, be-

61 318 18

stehend aus 569 kg Ammoniak, 781 kg Kohlendioxid, 45 kg Wasser und 22 kg Inertgas, über Leitung 10 sowie - über Leitung 17 - eine Karbamat-Lö'sung aus 611 kg Ammoniak, 516 kg Kohlendioxid und 172 kg Wasser bei einer Temperatur von 1&5 ⁰Ce In der Reaktionszone wird bei einer Temperatur von etwa 193 ⁰C ein Gas-Plüssigkeits-Gemisch gebildet, welches aus 1127 kg Ammoniak, 710 kg Kohlendioxid, 800 kg Harnstoff, 457 kg Wasser und 22 kg Inertgas besteht· Die Quantität des in der Reaktionszone gebildeten Harnstoffes macht etwa 67 % jener Harnstoffmenge aus, die bei einer Fortführung der Umwandlung von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff bis hin zum Gleichgewichtssustand erzielt worden wäre« Dieses Gas-Flüssigkeits-Gemisch wird auf einen Druck von etwa 137 bar entspannt und gemeinsam mit dem über Leitung 40 herangeführten und 18 kg Ammoniak, 15 kg Kohlendioxid, 1 kg Wasser und 7 kg Inertgas enthaltenden Gasgemisch im Nach-Reaktor 0 zur Reaktion gebracht, um weitere 200 kg Harnstoff zu bilden, was schließlich in 2862 kg Harnstoff-Syntheselb'sung mit einem Gehalt von 1000 kg Harnstoff resultiert« Diese Harnstoff-Syntheselb*sung mit einer Temperatur von 182 ⁰C und einem Druck von 137 bar, welche zusätzlich zu den 1000 kg Harnstoff noch 883 kg Ammoniak, 469 kg Kohlendioxid und 510 kg Wasser enthält, wird direkt der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A zugeführt, in welcher sie bei einem Druck von 137 bar mit 733 kg gasförmigem Kohlendioxid ausgedämpft wird_? was einen restlichen Harnstoff-Produktstrom aus 1000 kg Harnstoff, 450 kg Wasser, 124 kg Ammoniak und I6I kg Kohlendioxid zum Ergebnis hat«

Von der aus der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A ausgetragenen Gasmischung werden 1417 kg im Kompressor M auf

61 318 18 - 27 -

einen Druck von 186 bar komprimiert und daran anschließend in die Reaktionszone eingespeist, wohingegen der übrige Anteil_? bestehend aus 190 kg Ammoniak, 260 kg Kohlen&ioxLd, 15 kg Wasser und 7 kg Inertgas unter Zuhilfenahme von 167 kg Ammoniak und der aus der Waschkolonne E stammenden Karbamatlösung aus 272 kg Ammoniak, 271 kg Kohlendioxid und 157 kg Wasser im Karbamat-Kondensor B teilweise kondensiert wird* Die resultierende Ammoniumkarbamat»Lösung wird - wie oben erwähnt - über Pumpe L und Leitung. 17 der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A .eingespeist, und das übrige nicht kondensierte Gasgemisch wird - wie oben erwähnt ·* über Leitung 40 dem liach-Reaktor eingespeist»

Die im Karbamat-Kondensor B freigesetzte Wärme wird zurückgewonnen und zur Erzeugung von 327 kg gesättigten Dampfes mit einem Druck von 3*5 bar verwendet. Auch in dieser Verkörperung der Erfindung wird kein Hochdruckdampf (20 bis 30 bar) für die Zersetzung von nicht umgö™ wandeltem Ammoniumkarbamat benötigt*

Claims (13)

61 318 18 - 28 - Erfindungsanspruch

1« Verfahren zur Herstellung von Hametoff aus Ammoniak und Kohlendioxid bei einer erhöhten Temperatur und einem erhöhten Druck unter Nutzung einer Reaktionszone und einer Abstreifzone, wobei in der genannten Reaktionszone Kohlendioxid und ein Teil des genannten Ammoniaks zu Ammoniumkarbamat und ein Teil des genannten Ammoniumkarbamates zu Harnstoff umgewandelt werden, um ein aus der Reaktionszone abfließendes Medium aus Produkt-Harnstoff, nicht überführtem Ammoniumkarbamat und Überschuß-Ammoniak au bilden, wobei die genannten Umwandlungen unter Bildung von Nettowärme ablaufen, und in der genannten Abstreifzone ein Harnstoff-Produktstrom aus nicht überführt em Ammoniumkarbamat zwecks Zersetzung zumindest eines Teiles des genannten Ammoniumkarbamates vermittels Wärmeaustausch mit der genannten Reaktionszone erhitzt und zwecks Beseitigung des somit aus dem genannten Harnstoff-Produktstrom gebildeten gasförmigen Ammoniaks und Kohlendioxids abgestreift wird, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte, mit der Abstreifzone Wärme austauschende Reaktionszone auf einem Druck im Bereich von etwa 125 bis 250 bar gehalten wird und daß die genannte Abstreifzone auf einem Druck gehalten wird, welcher unter dem in der genannten Reaktionszone herrschenden Druck liegt©

2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte Abstreifzone unter einem Druck gehalten wird, welcher um etwa 20 bis 120 bar unter dem in der Reaktionszone aufrechterhaltenen Druck liegt«

24288 0 7 -²⁹-

3· Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte Desorptionszone unter einem Druck gehalten wird, welcher um etwa 40 bis 60 bar unter dem in der genannten Reaktionszone aufrechterhaltenen Druck liegt.

4· Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Umwandlung von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff in der genannten Reaktionszone fortgesetzt wird, bis die Quantität des gebildeten Harnstoffes mindestens 50 % jener Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der genannten Reaktionszone gegebenen Reaktionsbedingungen bei Vorliegen des Gleichgewichtszustandes erreicht worden wäre·

5· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Umwandlung von Ammoniumkarbamat in Harnstoff in der genannten Reaktionszone fortgesetzt wird, bis die Quantität des gebildeten Harnstoffes mindestens 70 % jener Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der genannten Reaktionszone gegebenen Reaktionsbedingungen bei Vorliegen des Gleichgewichtszustandes erreicht worden wäre«

6· Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß der Inhalt der genannten Reaktionezone intensiv vermischt wird.

7· Verfahren nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß sich die genannte Reaktionszone sowie die genannte Abstreifzone innerhalb eines vertikalen Rö'hrenwärmeaustauschers befinden, wobei sich die genannte Abstreifzone innerhalb der Röhren des genannten Wärmeaustauschers befindet und

61 318 18

24 28 8 0 7 -so-

wobei sich die genannte Reaktionszone innerhalb des Gehäuses des genannten Wärmeaustauschers befindet und wobei schließlich die Temperaturdifferenz zwischen dem Ober- und dem Unterteil der genannten Reaktionszone auf höchstens 5 °C begrenzt ist*

8· Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Ober- und dem Unterteil der genannten Reaktionszone auf höchstens 2 ⁰C begrenzt ist«

9· Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß das aus der Reaktionszone abfließende Medium in eine Üiach-Reaktionszone eingeleitet wird, in welcher ein zusätzlicher Anteil Ammoniumkarbamat zu Harnstoff umgewandelt wird, um einen Harnstoff-Produkt« strom zu bilden, welcher Harnstoff und unkonvertiertes Ammoniumkarbamat enthält, wobei der genannte Harnstoff-Produktstrom sodann in die genannte Abstreifzone eingeführt wird und wobei schließlich in der genannten NaCh-* Reaktionszone die Umwandlung von Ammoniumkarbamat in Harnstoff in einer Menge erfolgt, welche mindestens 90 % Jener Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der genannten Uach-Reaktionszone gegebenen Reaktionsbedingungen bei Vorliegen des Gleichgewichtszustandes erreicht worden wäre«

10. Verfahren nach Punkt 9₉ gekennzeichnet dadurch, daß der Harnstoff-Produktstrom aus der genannten Nach-Reaktionszone vor seiner Einleitung in die genannte Abstreifzone in einem Heizer-Zersetzer behandelt wird, in welchem zumindest ein Teil des Ammoniumkarbamats durch Erhitzen zerlegt wird, um ein Gasgemisch aus Ammoniak und Kohlen-

61 318 18 7 -31-

dioxid und einen restlichen Harnstoff-Produktstrom mit vermindertem Karbamatgehalt zu bilden und wobei das genannte Gasgemisch in die genannte Reaktionszone sowie der genannte restliche Harnstoff-Produktstrom in die genannte Abstreifzone eingeleitet werden·

11· Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 9» gekennzeichnet dadurch, daß der Harnstoff-Produktstrom aus der genannten Abstreifzone in eine zweite Abstreifzone eingeleitet wird, in welcher eine zusätzliche Menge Ammoniumkarbamat zersetzt und vom Harnstoff-Produktstrom abgeführt wird.

12· Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß lediglich ein Teil des Harnstoff-Produktstromes aus der genannten Uach-Reaktionszone in die genannte Abstreifzone eingeleitet wird und daß ein restlicher Teil des Harnstoff-Produktstromes aus der genannten Kach-Reaktionszone in eine zweite Abstreifzone eingeleitet wird, in welcher Ammoniumkarbamat zwecks Bildung eines Ammoniak und Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisches zerlegt und dieses Gasgemisch vom restlichen Harnstoff-Produktstrom separiert wird.

13· Verfahren nach Punkt 11 oder 12, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte zweite Abstreifzone unter dem gleichen Druck wie die genannte Abstreifzone gehalten wird»

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen